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Prognose zur Einsatzfähigkeit von Mehrkörpersimulationsmethoden im Fahrwerksentwicklungsprozess
Friedemann, Darius
Ziel dieser Arbeit ist es, darzustellen, unter welchen Voraussetzungen Echtzeitsimulationen mit Mehrkörpersystemen für ein Vollfahrzeugmodell durchführbar sind. Die Randbedingungen hierfür wurden dem in der Fahrwerksentwicklung üblichen Entwicklungsprozess entnommen. Es wurde ein Fahrzeugmodell erstellt, an welchem der Status Quo aufgezeigt werden konnte. Dieser ließ sich durch eine Literaturrecherche bestätigen. Stand der Technik ist, dass es auch unter Anwendung modernster Softwaremethoden und leistungsfähiger Hardware nicht möglich ist, ein Vollfahrzeugmodell in Form eines Mehrkörpersystems so abzubilden, dass das Modell sowohl die Anforderungen bezüglich Exaktheit aus der Komfortentwicklung, als auch die Anforderungen aus der Steuergeräteentwicklung an die Echtzeitfähigkeit des Modells erfüllt. Ein wesentliches Problem stellt hierbei die numerische Steifigkeit des Fahrzeugmodells dar, welche die Verwendung sehr kleiner Schrittweiten nötig macht. Dieser Status Quo wurde bezüglich aller Möglichkeiten untersucht, Echtzeitsimulation zukünftig möglich zu machen. Hierzu wurden alle Einflussfaktoren erarbeitet und eine Prognose bezüglich ihrer zukünftigen Entwicklung aufgestellt. Der potentiell größte Einfluss beruht auf der Nutzung partitionierter Verfahren, welche es erlauben, die Schrittweite auf ein geeignetes Niveaus anzuheben, ohne dass die Berechnungsdauer pro Zeitschritt hierdurch wesentlich verändert wird. Als weitere wesentliche Einflussfaktoren konnten die Entwicklung der Hardwareleistung und die Anzahl der Freiheitsgrade des Simulationssystems identifiziert werden. Beide Faktoren sind aber durch einen Fahrzeughersteller nicht leicht zu beeinflussen. Für jede der Prognosen wurde eine Zutreffenswahrscheinlichkeit abgeschätzt und der Einfluss von Prognosefehlern dargestellt. Unter der Vorraussetzung, dass kein Prognosefehler vorliegt, sollte mit der Einführung partitionierter Verfahren, welche für das Jahr 2012 prognostiziert wird, Echtzeitsimulation unter allen Randbedingungen möglich sein. Für den Fall, dass durch partitionierte Verfahren die Schrittweite nicht angehoben werden kann, besteht die vielversprechendste Möglichkeit darin, die Schrittweite durch andere Methoden zu beeinflussen.
The aim of this document is to show the conditions under which realtime simulations with multibody systems for a full vehicle model are feasible. The boundary conditions have been taken from the chassis development process. A vehicle model has been created, to demonstate the state of the art. This state could be confirmed by a literature research. Status Quo is, that it is not possible to simulate a full vehicle modell in realtime, if both, the requirements for accuracy from the comfort development, as well as the requirements of the controller development, the real-time capability of the model, have to be met, even if the latest software methodologies and powerful hardware is used. As a major problem the numerical stiffness of the vehicle model could be identified, which makes the use of very small step sizes necessary. This status quo has been examined with respect to all possibilities to make realtime simulation possible in the future. All factors of influence have been identified and a prediction of it's future development has been made. The potentially largest impact is based on the use of partitioned procedures, which allow to increase the step size to an appropriate level, without increasing the calculation time per time step significantly. As other significant factors, the development of hardware performance and the number of degrees of freedom of the simulation system could be identified. Both factors, however, can not be easily influenced by a vehicle manufacturer. For each of the prognoses, a probability was estimated and the influence of forecast errors were shown. Assuming, that no forecast error was made, it is probable, that the introduction of partitioned numeric procedures will make realtime simulation procedures possible under all conditions. This is predicted for the year 2012. In the event that it will not be possible to increase the stepsize by the use of partitioned methods, the most promising possibility to conduct realtime simulations with a full vehilce model is to influence the step size by other methods.
